ストレスの発汗テスト：コルチゾールとアドレナリンは何を伝えているのでしょうか?

カリフォルニア工科大学のエンジニアとその同僚は、「Stressomic」という柔らかいウェアラブル実験用パッチを実証しました。このパッチは、汗滴を用いて、コルチゾール、アドレナリン、ノルアドレナリンという3つの主要なストレスホルモンを同時にモニタリングします。このデバイス自体は、局所的な微小電流刺激によって発汗を誘発し、マイクロチャネルを通してミニリアクターに送り込み、計測を行い、データをワイヤレスでスマートフォンに送信します。これらはすべて連続モードで行われます。この研究は、Science Advances誌に掲載されました。

なぜこれが必要なのでしょうか?

脈拍や質問票でストレスを評価するのは便利ですが、これらは間接的な指標です。生化学的な方法の方がより正確です。コルチゾールはHPA系（視床下部-下垂体-副腎）のより長い反応を反映し、アドレナリン/ノルアドレナリンは交感神経系の急速な放出（「闘争・逃走反応」）を反映します。実際には、両方の神経回路は複雑に絡み合っているため、多重測定（複数のホルモンを同時に測定）と動的測定（時間経過に沿って測定）を行うことで、より包括的な状況把握が可能になります。

内部の仕組み

• このパッチは、カルバコールを含むハイドロゲルを介したイオン導入により局所的な発汗を誘発し、トレーニングやストレスがなくても発汗が起こります。
• 次に、毛細管バーストバルブを備えたマイクロ流体工学により汗が分析チャンバーに少量ずつ送られ、そこに試薬が自動的に追加され、その後、センサーが過飽和にならないようにチャンバーが「リフレッシュ」されます。
• 電極は、「金色のナノデンドライト」を持つレーザーエッチンググラフェン上に作られています。このような粗い多孔質の表面は、アドレナリン/ノルアドレナリンのピコモル濃度まで過敏性をもたらします。
• 測定自体は、メチレンブルーを酸化還元標識として用いた競合的な電気化学的免疫測定であり、サンプル中のホルモンが多いほど信号は弱くなります。

回路全体は、ドリフト補正と発汗率の影響を考慮した、低ノイズで再現性のある「テイクオフ」を実現するように設計されています。

精度の確認

著者らはまず溶液でセンサーを校正し、次にヒトの汗の測定値をELISA（実験室の「ゴールドスタンダード」）と比較した。結果は良好に一致した。さらに、汗中の濃度と血清中の濃度の間には妥当な相関関係があることを示した（数十のサンプルにおける相関）。

人々に何を見ましたか?

パッチは次の 3 つのシナリオでテストされました。

1. 身体的ストレス (HIIT): アドレナリン/ノルアドレナリンの急激なピークとコルチゾールのゆっくりとした波。
2. 感情的ストレス (検証済みの IAPS 画像セットを表示): 総発汗量が少ない場合の「高速」カテコールアミンの寄与がより顕著になります。この場合、脈拍/GSR は必ずしも信頼できません。
3. 薬理学的/栄養学的調整（記事では「補充」）：ホルモンプロファイルは予測どおりに変化するため、介入の効果を評価するためのシステムの適合性が実証されます。
4. 主な特徴は、3 つのホルモンの時間的な「特徴」が異なることです。曲線の形状によって、急性のストレス反応とより長期のストレス反応を区別でき、また交感神経軸と HPA 軸の「点呼」も区別できます。

これはコルチゾール単独よりもどう優れているのでしょうか?

コルチゾールだけでは、短時間のストレスの爆発を見逃してしまいます。カテコラミンだけでは、慢性的なストレスについて知ることはできません。共同連続プロファイルは、両方のタスクをカバーし、不適応反応（例えば、カテコラミンが「発火」しコルチゾール反応が遅れている場合、またはその逆の場合）も確認することができます。

留意すべき制限事項

• これは工学研究であり、市販の医療機器や不安障害/燃え尽き症候群の診断ツールではありません。
• 汗は複雑なマトリックスであり、分泌速度、皮膚温度、pH、組成などが信号に影響を与える可能性があります。著者らはこれらを建設的に考慮していますが、臨床検証はまだこれからです。
• 発汗量と体調の関係は限られたサンプルで確認されていますが、臨床使用にはより長く多様な研究が必要です。

著者のコメント

• J. Tu（筆頭著者）：「汗から、単一のマーカーではなく、複数のストレス関連ホルモンを同時に、そして継続的に読み取ることができることを初めて実証しました。これにより、ストレスモニタリングが実際の人間の生理機能に近づきます。」
• ウェイ・ガオ（責任著者）：「この皮膚デバイスがリアルタイムで針なしで機能するという事実は、ストレス管理から治療効果の評価まで、精神生理学的状態の個人的なモニタリングへの道を開きます。」
• 電子信号エンジニア：デバイスのエッジ部分に信号処理（ノイズフィルタリング、発汗量キャリブレーション、リアルタイムバイオマーカーへの信号変換）を組み込みました。これにより、パッチは固定機器に依存せず、日常的に装着することが可能になります。
• 臨床共著者（内分泌学）：重要な新規性は、「速い」ホルモン（エピネフリン／ノルエピネフリン）と「遅い」コルチゾールを同時に測定できることです。これらの組み合わせのプロファイルは、どちらか一方のマーカーよりもストレス生理をよりよく反映しており、これはヒトにおけるデータの解釈において重要です。
• マイクロ流体スペシャリスト：発汗量が少なく、ユーザーの動きが少ない場合でも安定した動作を実現しました。チャネルは自動充填され、センサーが発汗量を自動的に補正するため、濃度が適正に保たれ、「薄まってしまう」ことはありません。
• アルゴリズム/AI開発者：このモデルは個々のベースラインを考慮し、生理的ストレスと熱や運動などのアーティファクトを区別するように学習されています。これにより、信号はより「行動的」に有用になります。
• プロジェクトマネージャー：これはすぐに使える医療診断ではなく、プラットフォームです。次のステップは、より長期にわたるウェアラブル研究、様々なユーザーグループに合わせたキャリブレーション、そして必要に応じて、スポーツから職場でのストレスモニタリングまで、特定のシナリオにおける臨床検証へと進むことです。

これによってさらに何がもたらされるのでしょうか?

個人のストレスモニタリング（スポーツ、交代勤務、パイロット／医師）、心理療法とトレーニングの効果評価、よりスマートなウェアラブル機器、有害なストレス反応パターンの早期検出。そして研究では、自然な時間スケールでストレス生物学を解析するための新しいツールが開発されています。